天然气气-源对比的地球化学研究

气-源对比是天然气勘探开发和油气理论研究的重要课题,同位素地球化学是气-源对比的重要手段,尤其是碳、氢稳定同位素和稀有气体同位素已经被广泛应用于烃源岩、母质环境、源岩热演化程度、成藏过程和天然气混源判识,系统的介绍了利用碳、氢以及稀有气体同位素判识天然气成因来源,利用甲烷碳同位素与源岩热演化程度数学模式进行气源追索, 利用甲烷氢同位素及其空间分布判识母质环境和成藏过程,利用稀有气体同位素判识是否深部来源气体并利用其年代积累效应进行气-源对比等方法.     

天然气气-源对比的地球化学研究

气-源对比是天然气勘探开发和油气理论研究的重要课题，同位素地球化学是气-源对比的重要手段，尤其是碳、氢稳定同位素和稀有气体同位素已经被广泛应用于烃源岩、母质环境、源岩热演化程度、成藏过程和天然气混源判识，系统的介绍了利用碳、氢以及稀有气体同位素判识天然气成因来源，利用甲烷碳同位素与源岩热演化程度数学模式进行气源追索，利用甲烷氢同位素及其空间分布判识母质环境和成藏过程，利用稀有气体同位素判识是否深部来源气体并利用其年代积累效应进行气-源对比等方法。     

森林沼泽泥炭不同演化阶段气体碳氢同位素演化特征

煤层气的成因是石油地质学研究的热点.煤层气聚集存在着"累积聚气"和"阶段聚气"两种形式, 对于"阶段聚气" 的煤层气成因判识的地球化学研究还很薄弱.通过森林沼泽泥炭在不同温度下制备的样品进行热模拟实验, 首次获得了不同演化阶段甲烷、乙烷和二氧化碳的碳、氢同位素组成和演化规律.发现随着原始样品演化程度越高, 生成的甲烷和乙烷的碳、氢同位素组成具有变重的趋势; 同时, 甲烷和乙烷碳同位素组成明显地受原始样品演化程度的影响, 而氢同位素组成主要与成熟度密切相关.确定了成煤有机质在不同演化阶段生成的气体碳、氢同位素组成.首次获得了成煤有机质不同演化阶段热解气体碳、氢同位素组成与R_o之间的关系式.建立了甲烷与乙烷的碳、氢同位素之间的关系式, 形成了甲烷碳、氢同位素组成相关图.根据这些为研究不同成熟度区间生成的煤层气成因提供了科学数据, 为"阶段聚气"的煤层气地球化学特征认识及其成因判识提供了科学依据.并且, 将这些研究结果应用到我国沁水盆地南部煤层气研究, 认为该地区煤层气是在中侏罗世以后聚集而成, 具有"阶段聚气"的特征, 证明了热模拟研究成果对自然界煤层气成因的判识具有重要的科学意义.      

原油裂解成气动力学研究进展

对于高温古油藏来说,原油裂解气是形成天然气藏的重要气源.原油裂解成气关系到天然气生成和原油消耗,因而客观评价这一过程对油气勘探有着重要意义.生烃动力学和热模拟实验是原油裂解成气动力学研究的基础.本文总结了原油裂解热模拟实验、原油裂解成气过程及判识指标,讨论了原油裂解成气动力学模型及碳同位素动力学,分析了原油裂解成气动力学研究的地质应用.指出现有的原油裂解成气判识指标难以确定有些天然气是属于原油裂解气还是干酪根裂解气,尤其是高-过成熟阶段生成的天然气;碳同位素动力学已逐渐成为当今国内外油气地球化学研究的前沿,而对原油裂解成气过程中的碳同位素分馏效应研究不够,其预测模型尚不完善.     

煤系烃源岩生气热模拟实验研究

为了客观评价煤系烃源岩的生气特征和生气量,采用限定体系黄金管热模拟实验技术,对采自鄂尔多斯盆地的不同地质时代煤系烃源岩(煤岩和煤系泥岩)样品进行了生气热模拟实验研究,详细讨论了煤系烃源岩热解生气特征与气体碳同位素变化。结果表明,煤系烃源岩具有较好的生气性能,煤岩与煤系泥岩热解生成气态烃产率相差不大,两者具有相似的生气演化特征,即随热模拟温度升高,煤岩和煤系泥岩热解生成甲烷的产率逐渐增加,甲烷最大产率分别达211.69 m3/t和184.47 m3/t,而C2-5产率是先增加后降低,在热模拟温度430℃~470℃达到最大值,分别为19.14 m3/t和6.87 m3/t;煤岩和煤系泥岩热解气组分碳同位素值总体上随热模拟温度升高而变重,且相同热模拟温度时具有δ13C1δ13C2δ13C3的特征,其中煤系泥岩热解气甲烷、乙烷碳同位素值较煤岩分别偏轻0.3‰~2.1‰和1.4‰~3.7‰。在此基础上,建立了煤系烃源岩(煤岩和煤系泥岩)的生气模式。     

煤成甲烷、乙烷碳同位素动力学研究和应用--以鄂尔多斯盆地上古生界煤成气为例

同位素动力学模型的发展和应用使天然气的研究工作进入了一个动态的研究阶段。迄今为止,大多数研究工作集中在甲烷的碳同位素动力学模拟。而少有地球化学家对乙烷及其他重烃气组分的碳同位素组成的动力学模拟加以重视。本文在甲烷碳同位素动力学模型基础上,编制了限定体系下乙烷的同位素动力学模拟软件。并在热解模拟实验的基础上对鄂尔多斯盆地上古生界煤成气甲烷、乙烷的同位素演化进行了模拟,获得长期累积甲烷、乙烷的同位素值分别为δ^1C1=-33．46‰3、δ^13C2=-23．1‰,与上古生界储层中天然气的组分特征（δ^13C1=-32．95％。、δ^13C2=-23．41‰）基本一致,与下古生界天然气的同位素组成存在着明显的差别,说明上古生界煤与上古生界天然气存在着源—气的对应关系;而对下古生界天然气来说,上古生界煤系不是主要的气源岩。     

我国80年代气体地球化学研究

本文综述了近十年我国气体地球化学研究的成果。天然气地球化学是其中最主要的领域,在成因类型及综合判识、气源对比方面取得了较大成就。其中煤型气综合判识、生物—热催化过渡带的理论有重要学术和实践意义。稀有和非烃气体研究也有较快进展。沉积壳层幔源氦工业储集的发现属世界前例。腾冲地热区深源甲烷的探讨、大气CO_2浓度及碳、氧同位素研究、煤矿CO_2突出及其成因、地震灾害预防预报的气体地球化学研究等都进行了有益的探索。     

天然气甲烷碳同位素动力学模型与地质应用新进展

天然气甲烷碳同位素动力学模拟是在热模拟实验的基础上对甲烷碳同位素值进行数字模拟的一种研究方法。它在石油、天然气地球化学中具有广阔的应用前景：模拟甲烷碳同位素的整个演化趋势，模拟天然气成藏，进行精确的气源对比。分析了国外几个典型的甲烷碳同位素动力学模型，对各模型的特点和优缺点进行了简要的评述，并认识到Cramer 3是目前对实验数据模拟效果最好、适用范围最宽的一个模型。在此基础上，结合一些研究实例，探讨了天然气甲烷碳同位素动力学研究的发展方向。     

生烃动力学模拟实验结合GC-RMS测定在有效气源岩判识中的应用

采用动力学模拟实验对Ⅰ型干酪根的生烃过程进行了模拟,并对热解产物中的正烷烃组分进行了GC-IRMS分析。分析结果表明,当Ro<1.6%时,C8+正烷烃的碳同位素组成主要继承了母质的特征,而随热演化程度的变化不显著,因此可用于油(气)/源对比。当Ro在1.6%～2.0%之间时,C8+正烷烃迅速裂解,其δ13C显著增重。Ro>2.0%之后,C1—C4气态烃随热演化程度的增加,逐渐富集13C,其δ13C与Ro之间的关系明显受升温速率的影响,所以由模拟实验获得的δ13C1-Ro关系式不适用于高—过成熟的气源岩研究;而δ13C1-F(甲烷生成率)的关系则不受升温速率的影响,适用范围较宽,故可用于高演化阶段的有效气源岩的判识。     

煤型气烃类组分的稳定碳、氢同位素组成研究

我国主要含油气盆地中的煤型气和油型气烃类气体的稳定碳、氢同位素组成的对比研究表明：煤型气甲烷的碳同位素组成在未成熟到低成熟阶段（Ｒ０＜０．７％）与油型气无明显差别。从低成熟开始，煤型气甲烷随热演化程度的增高相对油型气逐渐富集重碳同位素。在热演化程度达到１．０左右时，二者δ１３Ｃ１的差别最大（达７‰左右）。之后随热演化程度的增加，二者δ１３Ｃ１的差值逐渐减小，当热演化程度达到过成熟阶段之后，二者又基本相近。煤型气和油型气重烃的碳同位素组成，主要受气短岩母质碳同位素组成的控制。重烃的碳同位素组成是鉴别煤型气和油型气的较有效的指标，通常煤型气的δ１３Ｃ２＞－２８‰，而油型气的δ１３Ｃ２＜－２８‰。热演化程度对煤型气重烃的碳同位素组成影响不够明显，而对油型气重烃碳同位素组成有一定的影响。煤型气（甲烷及重烃）的氢同位素组成主要与源岩沉积时的水介质有关，由陆相淡水环境沉积的源岩形成的煤型气相对富集氢同位素气。煤型气从甲烷到了烷随着碳数的增加，氢同位素组成依次增重，即δＤ１＜δＤ２＜δＤ３＜δＤ４．     

含油气盆地油气同位素地球化学研究概述

以气体地球化学国家重点实验室工作为主，简要概述了对我国含油气的同位素地球化学研究。1．烃气的同位素地球化学：讨论了天然气成因新模式与气藏烃气同位素组成的关系，低演化阶段天然气同位素分馏的二阶段模式，云南中小盆地天然气低演化系列同位素特征及用储层解析气作油气源对比。2．稀有气体同位素地球化学：阐述了^3He/^4He值与中国构造分区，幔源氮的复合成藏和幔源甲烷问题以及气源对比等。3．液态烃同位素地球化学：简述了轻烃碳氢同位素特征及氢同位素作为判别古沉积介质盐度的指标，概述了未熟一低熟油同位素特征及在自然剖面上油和源油抽提物碳同位素分馏特征及其机理。     

琼东南盆地深水东区Y8-1含气构造天然气来源及侧向运聚模式

综合钻井天然气地球化学、地震资料,分析了琼东南盆地深水东区Y8-1构造天然气成因、来源及侧向运聚模式.天然气轻烃C6、C7组成分析表明,Y8-1构造天然气既有别于松东凹陷北坡的油型气,也不同于深水L17-2气田的煤型气.根据天然气乙烷、丙烷碳同位素特征,判断Y8-1构造天然气具有煤型气和油型气混合成因特征.选择盆地东部典型煤型气、油型气作为端元,计算得到Y8-1构造天然气中煤型气占53.3%、油型气占46.7%,分别来源于松南-宝岛凹陷下渐新统崖城组陆源海相烃源岩、始新统湖相烃源岩,两套烃源岩均具备生成成熟-高成熟天然气的地质条件.松南-宝岛凹陷中烃源岩生成的天然气沿断裂、构造脊、砂岩层侧向长距离运移,在Y8-1崖城组、花岗岩基岩圈闭中聚集成藏.      

含油气盆地油气同位素地球化学研究概述①

以气体地球化学国家重点实验室工作为主,简要概述了对我国含油气的同位素地球化学研究。1. 烃气的同位素地球化学:讨论了天然气成因新模式与气藏烃气同位素组成的关系,低演化阶段天然气同位素分馏的二阶段模式,云南中小盆地天然气低演化系列同位素特征及用储层解析气作油气源对比。2. 稀有气体同位素地球化学:阐述了3He/4He值与中国构造分区, 幔源氦的复合成藏和幔源甲烷问题以及气源对比等。3. 液态烃同位素地球化学:简述了轻烃碳氢同位素特征及氢同位素作为判别古沉积介质盐度的指标,概述了未熟-低熟油同位素特征及在自然剖面上油和源岩抽提物碳同位素分馏特征及其机理。     

Geochemistry of natural gases in deep strata of the Songliao Basin, NE China

Chemical composition and stable carbon isotopic studies were undertaken for 27 gas samples from deep strata of the Xujiaweizi Depression in the Songliao Basin to investigate their origin. Gas molecular and carbon isotopic compositions show great variety. Methane is the main component for all studied samples and its content ranges from 57.4% to 98.2% with an average of 90.1%. Gas wetness ranges from 0.8% to 16.7% with an average of 2.7%. The main non-hydrocarbon gases are carbon dioxide and nitrogen with an average of 4.0% and 3.2%, respectively. Carbon isotope data suggest that these deep strata gases are mainly coal-type gases mixed with minor amounts of associated (oil-type) gases. Coal-type gases are characterized by heavier carbon isotopic values and drier chemical compositions. These gases were generated from the Lower Cretaceous Shahezi Formation coals interbedded shales with type III kerogen during the postmature stage of hydrocarbon generation. Oil-type gases are characterized by lighter carbon isotope and higher wetness, which were generated from the Lower Cretaceous shales with type II kerogen in the shallow strata during the early mature stage of hydrocarbon generation. Mixing of two different gases causes unusual carbon isotopic distribution patterns, with lighter isotopic values in higher numbered carbons in most gases. The discovery of coal-type gases in the Songliao Basin provides new prospects for the exploration in this region.     

渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩气地球化学特征及其成因分析

在对渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩现场解吸气样的气体组分和稳定碳同位素分析的基础上,对页岩气的成因类型和烷烃碳同位素倒转原因进行了探讨。渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩气的甲烷含量高(94.33%~98.96%),非烃组分(主要包括N_2、CO_2)含量较少,干燥系数大于0.98,为典型的干气。甲烷、乙烷碳同位素值的范围分别为-49‰~-24.4‰、-39.4‰~-29‰,含气性较好的武隆地区Y1井气样烷烃气体呈现δ~(13)C_1δ~(13)C_2δ~(13)C_3的碳同位素"完全倒转"特征,含气性较差的酉阳地区Y2井气样烷烃气体基本具正碳同位素系列特征。天然气成因类型判识标志和图版分析表明,渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩气为有机质高温裂解的油型气,是早期生成的干酪根裂解气和后期原油裂解气的混合气,这也是引起武隆地区Y1井气样碳同位素倒转的主要原因,同时这也可能与页岩气高产有关。     

Isotopic compositional Characteristics of Terrigenous Natural Gases in China

The C and H isotopic compositions of the methane in more than 160 gas samples from 10 basins in China are presented in this paper.The natural gases are classified as four types: biogenic gas ,bio-thermocatalytic transitional gas, gas associated with condensate oil ,and coal-type gas. The isotopic compositions of these gases closely related to the depositional basins, the types of organic matter,the stages of thermal evolution and the genetic characteristics of different gas reservoirs.Studies of the C and H isotopic compositions of terrigenous natural gases will provide valua-ble information on the prospecting and development of natural gases of different genetic types.     

祁连山冻土区天然气水合物烃类气体成因及其意义

对祁连山冻土区天然气水合物钻井岩心游离气样品开展研究,测试烃类气体的组分和碳氢同位素,判断天然气水合物的气体成因类型及成藏模式。结果显示烃类气体组分复杂,除甲烷外,还含有较高的乙烷、丙烷等重烃组分。甲烷碳同位素分布范围最广,气体成因来源相对简单,没有明显受到次生改造作用的影响。该区天然气水合物属于热解成因,判断来自深部的三叠统尕勒得寺组烃源岩。本研究可为我国高原冻土天然气水合物勘探和开发提供理论依据。     

甲烷及其同系物δ13C值反序排列特征的数值模拟与非生物成因天然气藏探讨

本文采用数值模拟的方法对天然气中甲烷及其同系物的δ13C排序特征进行了研究,结果表明:两种具正序分布特征的生物成因天然气混合后可产生具反序分布特征的天然气.相应地,两种具反序分布特征的非生物成因天然气混合后也可产生具正序分布特征的天然气.对于前者而言,作为混合的两个端元天然气,它们必须具有不同的成因或来源,或它们是明显不同的演化阶段的产物.关于松辽盆地昌德气藏若干口天然气井甲、乙、丙、丁烷碳同位素排序特征的讨论表明,用两种生物成因天然气混合的观点很难解释这种反序排列.